MÉTHANISATION AGRICOLE Intérêts et grandes étapes d un projet

Crédits photos : Région Alsace, Stadler/Région Alsace MÉTHANISATION AGRICOLE Intérêts et grandes étapes d un projet Contact : Région Alsace Virginie WOLFF virginie.wolff@region-alsace.eu ADEME Alsace Jonathan MULLER jonathan.muller@ademe.fr Programme energivie.info

Table des matières Page 1. Introduction 2 2. Etat de la filière et enjeux pour l'alsace 2 3. Présentation de la filière 6 3.1 Déchets traités 6 3.2 Technologies 6 4. Intérêt de la filière 7 4.1 Valorisation du digestat 8 4.2 Valorisation du biogaz 8 5. Les facteurs de succès d'un projet 8 5.1 La qualification du gisement 8 5.2 La garantie des débouchés 9 5.3 La faisabilité technique 9 6. Les étapes d'un projet 10 6.1 Démarches administratives 10 6.2 Contexte réglementaire 11 7. Les éléments économiques 12 7.1 Coûts 12 7.2 Revenus liés aux produits 12 7.2.1 Les tarifs d achat d électricité 12 7.2.2 Les tarifs d achat du biométhane injecté sur le réseau 13 7.3 Aides 14 1

1. Introduction La présente fiche a pour vocation de renseigner les porteurs de projets de type agricole dans le cadre de la mise en œuvre d'une unité de méthanisation. 2. Etat de la filière et enjeux pour l'alsace La méthanisation des déchets ne concerne en Alsace à ce jour qu'un faible nombre de sites (cf. carte suivante). 2

Carte des installations en fonctionnement (Etat au 01/07/2012) 3

Pourtant, l'enjeu énergétique régional lié à cette filière méthanisation est important : 86 millions Nm 3 /an de méthane, soit plus de 74'400 TEP/an, dont : 70 millions Nm 3 /an de méthane pour l'agriculture, 8.3 millions Nm 3 /an de méthane pour les collectivités, 8 millions Nm 3 /an de méthane pour les industriels. La carte suivante présente la répartition des gisements localisés géographiquement. L'ensemble des gisements est présenté dans le tableau suivant (localisés et non localisés). Carte de répartition des gisements 4

Les gisements agricoles sont détaillés dans les tableaux suivants. Taux de mobilisation - gisement Taux de mobilisation collecte Taux de mobilisation global Tonnage mobilisable Fumier bovin 100 % 71 % 71 % 650'500 Fumier porcin 100 % 6 % 6 % 190 Fumier volailles 100 % 35 % 35 % 34'150 Fumier Caprin/Ovin 100 % 57 % 57 % 19'700 Lisier porcin 100 % 35 % 35 % 80'000 Lisier volailles 100 % 35 % 35 % 13'550 Lisier bovin 100 % 70 % 70 % 356'800 Total effluents d'élevage Synthèse de la mobilisation possible pour les effluents agricoles 1'154'890 Taux de mobilisation - matière Taux de mobilisation - collecte Taux de mobilisation global Tonnage mobilisable (tmb) Pailles Céréales 20 % 75% 15 % 13'650 Pailles maïs 20 % 75% 15 % 44'820 Pailles Colza / tournesol 0 % 0 % 0 % 0 Menues pailles 100 % 10 % 10 % 8'230 Rafles de maïs 0 % 0 % 0 % 0 Fanes de betteraves 95 % 95 % 90 % 162'450 CIVE 100 % 30 % 30 % 260'700 Issues de silos 20 % 50 % 10 % 1'300 Total 491'150 Synthèse de la mobilisation possible pour les résidus de culture 5

3. Présentation de la filière La méthanisation agricole permet de traiter les déchets organiques des exploitations agricoles. Au niveau d une exploitation, ou d un petit groupement d exploitations voisines (2 ou 3), les effluents d élevages et résidus de cultures sont digérés et permettent la production d énergie et d engrais de ferme. 3.1 Déchets traités Les déchets traités par les projets de méthanisation agricole peuvent être variés : Fumiers, lisiers, Pailles, Menues pailles, Fanes de betteraves, 3.2 Technologies Résidus de coopératives CIVE, Lies, marcs, Etc. On peut distinguer deux grandes familles de technologies de méthanisation : en "milieu liquide", avec des technologies de transfert et d agitation classiques (pompes de type liquides, agitateurs mécaniques ou bullage), en "solide" ou plus exactement en milieu pâteux à forte teneur en matières sèches, avec des technologies de transfert et d agitation plus spécifiques. Les premières ont l avantage de la simplicité technique (alimentation, agitation, déshydratation en sortie digesteur) au prix de plusieurs inconvénients : un besoin de volume de digesteur plus important à flux organique identique à traiter, de plus grandes consommations énergétiques de chauffage, un traitement seulement possible des déchets fins (sans produits flottants comme la paille). Les secondes permettent le traitement de l ensemble des déchets de type fumiers, un volume de digesteur moins important, une économie de consommation d énergie de chauffage, etc. Toutefois la conduite de ces installations est plus technique. Dans le cas d'une unité de méthanisation agricole, la plupart des projets est réalisée par voie liquide. Une analyse des technologies par type de gisement est présentée dans le tableau suivant. Les valeurs données concernant les capacités sont à titre indicatif des valeurs minimales d'installations pour la catégorie concernée. 6

Type de technologie Méthanisation agricole sèche 30 kwel Méthanisation agricole liquide 30 kwel Type de substrat Déchets verts Biodéchets Boues step urbaines ou industrielles IAA déchets solides IAA effluents Litières volailles Lisier Fumier En batch (caissons, garage) En continu Si déshydratées Limite 12 % MS dans le digesteur Limite du transport Limite 12 % dans le digesteur Limite du transport ex. jus de fruits Limite du transport 10 km Limite 12 % MS dans le digesteur Synthèse des technologies envisageables en fonction du type de gisement 4. Intérêt de la filière Les intérêts pour les agriculteurs sont multiples : amélioration de la gestion des effluents, revenus complémentaires (permettant souvent d installer un nouvel associé), couvertures des besoins de chaleur de l exploitation, diversification pour les cultures dérobées et résidus de cultures qui peuvent être méthanisés. Mais la méthanisation agricole a également des impacts et intérêts pour : le voisinage, avec notamment une réduction des odeurs liées au stockage et au transport des effluents d élevage les collectivités locales, avec un gain en autonomie énergétique du territoire (et une utilisation de la chaleur pour les besoins des bâtiments municipaux), le traitement local des déchets verts de la collectivité l environnement, avec le captage des émissions de méthane (qui se produisent naturellement), la production d énergies renouvelables, la réduction du transport des déchets. La méthanisation présente donc de nombreux avantages : une réduction des coûts de traitement, une valorisation de l énergie produite à partir de biogaz, une réduction des émissions de gaz à effet de serre. En effet, la méthanisation permet une double valorisation : 7

Nm3 méthane / t matière brute 4.1 Valorisation du digestat En fonction du type de déchets traités et du mode de traitement, le digestat peut être destiné à différents modes de valorisation : Valorisation agronomique, après différents traitements possibles : déshydratation, séchage, compostage, etc. (à privilégier du fait du retour à la terre de la matière organique), Combustion (en cas de pollution du digestat ou d'impossibilité d'épandage). 4.2 Valorisation du biogaz La production de biogaz sera directement dépendante du type de déchet traité. Une moyenne est proposée par type de déchet dans le graphique suivant. Potentiel méthanogène moyen 600 500 400 300 200 100 - Fumier bovin Fumier porcin Fumier volailles Fumier caprin/ovin Lisier porcin Lisier volailles Lisier bovin Pailles de céréales Pailles de maïs Pailles de colza / tournesol Menues pailles Rafles de maïs Fanes de betteraves Résidus de coopératives CIVE Cultures énergétiques Substrats Biodéchets Déchets verts Potentiel méthanogène de différents déchets méthanisables Boues urbaines Déchets d'iaa animales Déchets d'iaa végétales Lies Marcs Restes de repas Huiles alimentaires usagées Graisses Boues industrielles Le biogaz produit lors de la phase de fermentation active est entièrement capté et stocké. Après stockage et traitement éventuel, plusieurs voies de valorisation peuvent être envisagées : La valorisation thermique : brûlage du biogaz en chaudière avec valorisation de la chaleur dégagée, La valorisation électrique : transformation en électricité grâce à un groupe électrogène, La valorisation énergétique mixte ou «co-génération» : la production d électricité peut être couplée avec celle de la chaleur, La production de méthane carburant, L injection du méthane épuré dans le réseau de gaz naturel. 5. Les facteurs de succès d'un projet Afin de garantir le succès d'un tel projet, plusieurs facteurs sont à considérer : 5.1 La qualification du gisement Avant toute chose, une bonne définition du gisement est nécessaire afin de s'assurer : De réunir une quantité de matière apportant un potentiel méthanogène suffisant : >200-300 tms par an, soit environ 30 kwe, 8

une production de déchets la plus constante possible sur l année, disposer d un gisement de déchets autre que les effluents d élevages peut impacter fortement la production d énergie (et donc la rentabilité du projet) car les déchets type résidus de culture, déchets d industries agroalimentaires, des déchets des collectivités, ont en général un potentiel méthanogène plus élevé que celui des déjections. D'avoir un gisement pérenne (attention aux gisements non captifs, pouvant être attirés par d'autres filières), D'avoir un gisement dont la logistique (y compris collecte) est maîtrisée, afin d'avoir des distances de transport des matières réduites, D'avoir un gisement bien caractérisé (impacts sur la technique et le bilan financier du projet), D'anticiper des évolutions de ce gisement (quantité et qualité), De s'assurer de la qualité des déchets entrants (besoins de prétraitement, impossibilité d'épandage du digestat), Etc. 5.2 La garantie des débouchés Une analyse approfondie des débouchés est nécessaire afin de s'assurer : D'avoir un débouché énergétique permettant une bonne valorisation du biogaz (notamment la chaleur dans le cas d une cogénération et le biométhane dans le cas de l injection sur le réseau), D'avoir des débouchés pour l utilisation du digestat (surfaces agricoles, contraintes spécifiques), De trouver un terrain d implantation à proximité du ou des débouchés énergétiques, et des débouchés matière, afin d'avoir des distances de transport des matières réduites, De modifier la gestion de l épandage des engrais de ferme (calendrier, type d équipements, type de cultures ), De disposer d'une solution alternative à mettre en place en cas de contamination passagère du digestat. 5.3 La faisabilité technique Une analyse technique du projet est nécessaire afin de s'assurer : de la technologie à mettre en œuvre, des pré-traitements éventuels : éliminer les matériaux indésirables (inertes, plastiques, métaux ), homogénéiser le substrat avant son introduction en digesteur (broyage par exemple), éventuellement l'humidifier (procédés en voie liquide). des post-traitements éventuels : déshydrater le digestat, compléter sa fermentation et son hygiénisation (maturation), conditionner le digestat en vue de son écoulement final. 9

Des sous produits à éliminer : la fraction liquide excédentaire est celle qui n est pas recyclée par le process lui-même. Lorsqu elle ne peut être valorisée telle quelle comme fertilisant liquide, elle est traitée en station d épuration ou sur site. De la capacité d auto-financement de 15 à 20% de l investissement, De la capacité de faire le suivi de l installation au quotidien (1 à 2 heures par jour). Ce dernier point montre l'intérêt d'une synergie avec les STEP existantes pour ce type de traitement. 6. Les étapes d'un projet Le déroulé d un projet de méthanisation se découpe en deux grandes phases : la phase décisionnelle ou phase d étude qui va permettre de montrer ou non la faisabilité technico-économique du projet, la phase opérationnelle où se déroulent en parallèle les démarches administratives, le choix des entreprises puis la construction et la mise en service. 6.1 Démarches administratives Depuis le décret n 2011-190 du 19 février 2011, la méthanisation est maintenant reconnue comme une activité agricole à part entière, ce qui entraîne des simplifications d un point de vue fiscal pour les agriculteurs : Que ce soit au stade de l'étude ou de l'investissement, il est important de solliciter les financeurs potentiels qui sauront vous orienter vers des contacts techniques pertinents et vous informer sur les solutions existantes. Ce type de projet peut être le fruit d une démarche collective entre plusieurs agriculteurs. Dans ce cas, il faut définir une nouvelle structure, les apports, les parts, les modalités de gouvernance, les limites de la structure par rapport aux autres activités et les transactions effectuées. Débuter les démarches relatives aux ICPE (Installations Classées pour la Protection de l Environnement) en lien avec la Direction Régionale de l Environnement, de l Aménagement et du Logement ou la Direction Départementale de la Cohésion Sociale et de la Protection des Populations. 10

Déposer une demande de permis de construire qui devra prendre en compte le Plan Local d Urbanisme (ou POS ou Carte Communale) : l unité de méthanisation peut être considérée soit comme un équipement industriel soit comme un équipement agricole si la proportion d effluents agricoles méthanisés est supérieure à 50 %. Pour la valorisation de l électricité produite, il faut obtenir deux contrats : un contrat de raccordement qui règle les détails de l acheminement sur le réseau de l électricité produite, un contrat de vente d électricité qui concerne la vente de l électricité produite. Les deux démarches sont interdépendantes et s accompagnent de trois démarches complémentaires : la déclaration d exploiter, le certificat ouvrant droit à l obligation d achat et l identification de l installation par l ADEME. Pour l'injection, il faut obtenir trois contrats : contrat de raccordement entre le producteur et le gestionnaire de réseau, contrat d'injection entre le producteur et le gestionnaire de réseau, contrat d'achat entre le producteur et le fournisseur de gaz naturel. La procédure comprend deux étapes principales : Etude de faisabilité. Cette étude permet de s assurer de la proximité du réseau et de valider que les consommations de gaz naturel sur la zone d injection sont bien en adéquation avec les quantités de biométhane que le producteur prévoit d injecter pour que le réseau ne soit pas soumis à surpression, Etude de raccordement. 6.2 Contexte réglementaire La réglementation applicable à une démarche méthanisation a été éclaircie fin 2009 avec la parution du Décret no 2010-875 du 26 juillet 2010 modifiant la nomenclature des installations classées pour la protection de l'environnement. L installation peut être soumise à déclaration (<30t/j), enregistrement >30t/j et >50t/j) ou autorisation (>50t/j) selon le tonnage de déchets traités. Dans le cas d une installation soumise à autorisation, une enquête publique devra être menée. Il faut également tenir compte des substrats entrants, de leur classe (végétaux ou non) et de leur type (sous-produits animaux (SPA) ou non) et de la proportion d'effluents agricoles. 11

Critère Choix Implication Classe déchets Agricoles et végétaux Si < 30 t/j : déclaration contrôlée Si > 30 t/j et < 50t/j : enregistrement Si > 50 t/j : autorisation Hors liste Autorisation Type SPA cat 3 Autorisation (dès le premier kg introduit) Prétraitement par hygiénisation SPA cat 2 Autorisation (dès le premier kg introduit) Prétraitement par stérilisation SPA cat 1 Pas de méthanisation possible Proportion d effluents agricoles Non SPA Pas de prétraitement exigé < 50% Unité pouvant être implantée en zone agricole > 50% Unité ne pouvant être implantée en zone agricole Exigences réglementaires vis-à-vis des substrats Enfin, le digestat n étant ni homologué ni normé à ce jour, il est considéré comme un déchet, produit par une installation classée encadrée par une réglementation ICPE qui oblige à réaliser un plan d épandage pour son retour au sol. 7. Les éléments économiques 7.1 Coûts Les coûts d'investissements sont variables. A titre d'exemple, la mise en œuvre d'une unité de méthanisation de 1'500 t/an valorisant plus de 80% d'effluents d'élevage correspond à un investissement d'environ 1'000 euros/t. 7.2 Revenus liés aux produits 7.2.1 Les tarifs d achat d électricité Le texte de référence du tarif applicable aux installations de méthanisation est l arrêté du 19 mai 2011 fixant les conditions d achat de l électricité produite par les installations qui valorisent le biogaz. Le tarif comprend 3 éléments : Un tarif de base fonction de la puissance électrique installée, Une prime à la valorisation de l énergie primaire produite, Une prime pour le traitement d effluent. 12

Tarif (ct /kwh) 25 20 15 10 Tarif de base Base+ prime énergétique Base + Pe + Prime Ef 5 0 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 Puissance électrique maximum (kwe) Puissance électrique installée Tarif de base [c /kwh] Prime à l efficacité énergétique [c /kwh] Prime aux effluents d élevages [c /kwh] Pmax 150 kw 13,5 0 à 4 2,6 (fonction du taux de valorisation énergétique de Pmax = 300 kw 12,8 1,5 Pmax = 500 kw 12,3 0,9 40% à 75%) Pmax = 1 000 kw 11,8 0 Pmax 2 000 kw 11,3 Les valeurs intermédiaires sont déterminées par interpolation linéaire. 7.2.2 Les tarifs d achat du biométhane injecté sur le réseau Le tarif d achat du biométhane injecté est calculé sur la base des prix indiqués dans l arrêté du 23 novembre 2011 (Arrêté du 23 novembre 2011 fixant les conditions d'achat du biométhane injecté dans les réseaux de gaz naturel). Le tarif se compose de deux éléments : Un tarif de base, qui dépend du débit maximum de biométhane injecté, Une prime aux intrants, dépendant du type d intrants introduits dans le digesteur. 13

7.3 Aides Plusieurs sources d'aides sont envisageables pour le montage d'un tel projet : Programme energivie.info de l'ademe et de la Région Alsace : appel à projets en cours, voir www.energivie.info Europe (aides FEDER ou FEADER) Agence de l'eau Rhin Meuse : L'Agence de l'eau est un acteur incontournable pour la gestion de l'assainissement et des sous-produits générés, dont les boues d'épuration font partie Conseil Général : financement au cas par cas EPCI : certains EPCI ont des fonds pour ce type de projets de développement d activité économique locale et de production d énergies renouvelables OSEO : Entreprise publique, OSEO exerce trois métiers : l'aide à l'innovation, la garantie des concours bancaires et des investisseurs en fonds propres, et le financement en partenariat. OSEO peut ainsi aider les porteurs de projets d'unités de méthanisation Caisse des Dépôts : potentiel actionnaire minoritaire dans des projets territoriaux de production d électricité ou de chaleur d origine renouvelable 14